船舶主機降速節能研究

張洪朋，顧長智，陳小濤，郭 力，張春花

(1.大連海事大學 輪機工程學院，遼寧 大連116026;2.天津海事局，天津300456)

隨著航運事業的不斷發展，船舶對燃油的需求量大幅度提高，國際燃油價格居高不下，燃油費已經成為船舶運輸成本中最大的支出項［1-4］。目前國際上新造船舶通過技術改進來實現節能，例如利用新型節能型船(如不對稱船艉［5］、球艉船型、渦艉船型)、高效船舶推進器和水動力節能附加裝置等。現有船舶也可通過技術改造來實現節能，如應用可變噴油定時機構［6］、螺旋槳切邊技術和科學的運營管理手段。本文對螺旋槳工況、推進特性和低速航行主機功率與轉速的關系進行分析。

1 降速節能的理論依據

1.1 螺旋槳的推進特性分析

船舶在某一速度下穩定航行時，主機與螺旋槳之間總是保持著能量平衡的基本關系［7］。主機發出的功率Pe和轉矩Me與螺旋槳所吸收的功率Pp和轉矩Mp相等;對于直接傳動螺旋槳的主機來說，轉速ne與螺旋槳轉速np也相等。

根據螺旋槳理論，槳的推力FP和轉矩MP為

式中:ρ——水的密度，kg/m3;

D——螺旋槳直徑，m;

np——螺旋槳轉速，r/min;

kt——推力系數;

kq——轉矩系數。

kt、kq由實驗可知，均為螺旋槳進程比λp的函數。它們之間的變化關系由實驗測得，見圖1。

圖1 螺旋槳水動力特性

1.2 螺旋槳功率與螺旋槳轉速分析

對式(1)、(2)進行分析可知，對一定的船舶其螺旋槳直徑是常數，ρ值變化不大，可以認為是常數。船舶定速航行以后，λp基本為常數。在特定的某一航行條件下(比如裝載、氣候、海面狀況等條件不變)的各種轉速下航行時，kt、kq皆可視為常數。……